08、Linux 系统编程 - 消息队列

消息队列

1 消息队列概述

消息队列是消息的链表，存放在内存中，由内核维护消息队列的特点：

1. 消息队列中的消息是有类型的
2. 消息队列中的消息是有格式的
3. 消息队列可以实现消息的随机查询。消息不一定要以先进先出的次序读取，编程时可以按消息的类型读取
4. 消息队列允许一个或多个进程向它写入或者读取消息
5. 与无名管道、命名管道一样，从消息队列中读出消息，消息队列中对应的数据都会被删除
6. 每个消息队列都有消息队列标识符，消息队列的标识符在整个系统中是唯一的
7. 只有内核重启或人工删除消息队列时，该消息队列才会被删除。若不人工删除消息队列，消息队列会一直存在于系统中

2 消息队列的API

SystemV提供的IPC通信机制需要一个key值，通过key值就可在系统内获得一个唯一的消息队列标识符。key值可以是人为指定的，也可以通过ftok 函数获得。

2.1 获取唯一的key值

获得项目相关的唯一的IPC键值

 #include <sys/types.h>
#include <sys/ipc.h>

key_t ftok(const char *pathname, int proj_id);

参数：
    pathname：路径名

    proj_id：项目ID，非0整数（只有低8位有效）

返回值：
    成功返回key值，失败返回-1

例：
bob.c

 #include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/ipc.h>

int main(int argc, char const *argv[])
{

    //获取IPC的唯一KEY值
    key_t key = ftok("/",2021);
    printf("key=%d\n",key);
    return 0;
}

lucy.c

 #include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/ipc.h>

int main(int argc, char const *argv[])
{

    //获取IPC的唯一KEY值
    key_t key = ftok("/",2021);
    printf("key=%d\n",key);
    return 0;
}

tom.c

 #include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/ipc.h>

int main(int argc, char const *argv[])
{

    //获取IPC的唯一KEY值
    key_t key = ftok("/",2021);
    printf("key=%d\n",key);
    return 0;
}

2.2 创建消息队列

创建一个新的或打开一个已经存在的消息队列。不同的进程调用此函数，只要用相同的key值就能得到同一个消息队列的标识符

 #include <sys/msg.h>

int msgget(key_t key, int msgflg);

参数：
    key：IPC键值

    msgflg：标识函数的行为及消息队列的权限
        msgflg的取值：
            IPC_CREAT：创建消息队列
            IPC_EXCL：检测消息队列是否存在
            位或权限位：消息队列位或权限位后可以设置消息队列的访问权限，格式和 open函数的mode_t一样，但可执行权限未使用。

返回值：
    成功：消息队列的标识符
    失败：-1

注：使用shell命令操作消息队列：
查看消息队列：ipcs -q
删除消息队列：ipcrm -q msqid

例

 #include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/ipc.h>

int main(int argc, char const *argv[])
{

    //获取IPC的唯一KEY值
    key_t key = ftok("/",2021);
    printf("key=%#x\n",key);

    //创建一个消息队列
    int msg_id = msgget(key, IPC_CREAT|0666);
    printf("msg_id=%d\n",msg_id);

    return 0;
}

3 消息队列的信息格式定义

 typedef struct _msg
{

    long mtype;         //消息类型（必须是第一个成员，必须是long类型）
    char mtext[100];    //消息正文
    ...                 //消息的正文可以有多个成员
}MSG；

消息类型必须是长整型的，而且必须是结构体类型的第一个成员，类型下面是消息正文，正文可以有多个成员（正文成员可以是任意数据类型）

4 发送消息

将新消息添加到消息队列

 #include <sys/msg.h>

int msgsnd(int msqid, const void *msgp, size_t msgsz, int msgflg);

参数：
    msqid：消息队列的标识符
    msgp：待发送消息结构体的地址
    msgsz：消息正文的字节数          //一般为sizeof(MSG)-sizeof(long)
    msgflg：函数的控制属性
        0：msgsnd调用阻塞直到条件满足为止
        IPC_NOWAIT：若消息没有立即发送则调用该函数的进程会立即返回

返回值：
    成功：0
    失败：-1   

例：bob给luny发消息

 #include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/ipc.h>
#include <string.h>

//定义一个消息类型结构体
typedef struct MyStruct
{

    long mtype;     //消息类型
    char mtext[64]; //消息正文
    char name[32];  //发送者的姓名
}MSG;

int main(int argc, char const *argv[])
{

    //获取IPC的唯一KEY值
    key_t key = ftok("/",2021);
    printf("key=%#x\n",key);

    //创建一个消息队列
    int msg_id = msgget(key, IPC_CREAT|0666);
    printf("msg_id=%d\n",msg_id);

    //发送消息 给lucy（lucy只接受20类型的数据）发消息
    MSG msg;
    memset(&msg, 0, sizeof(msg));
    msg.mtype = 20;
    strcpy(msg.name,"bob");
    strcpy(msg.mtext, "hello msg");
    msgsnd(msg_id, &msg, sizeof(MSG)-sizeof(long), 0);

    return 0;
}

5 接受消息

从标识符为msqid的消息队列中接受一个消息。一旦接受消息成功，则消息在消息队列中删除

 #include <sys/msg.h>

ssize_t msgrcv(int msqid, void *msgp, size_t msgsz, long msgtyp, int msgflg);

参数：
    msqid：消息队列的标识符，代表要从哪个消息队列中获取消息
    msgp：存放消息结构体的地址 
    msgsz：消息正文的字节数
    msgtyp：感兴趣消息的类型、可以有以下几种类型
        msgtyp = 0：返回队列中的第一个消息
        msgtyp > 0：返回队列中消息类型为msgtyp的消息
        msgtyp < 0：返回队列中消息类型小于或等于msgtyp绝对值的消息，如果这种消息有若干个，则取类型值最小的消息
        注：若消息队列中有多种类型的消息，msgrcv获取消息的时候按消息类型获取，不是先进先出的<br />
            在获取某类型消息的时候，若队列中有多条此类型的消息，则获取最先添加的消息，即先进先出原则
    msgflg：函数的控制属性
            0：msgrcv调用阻塞直到接受消息为止
            MSG_NOERROR：若返回的消息字节数比nbytes字节数多，则消息就会截断到nbytes字节，且不通知消息发送进程。
            IPC_NOWAIT：调用进程会立即返回。若没有收到消息则立即返回-1.

返回值：
    成功：返回读取消息的长度
    失败：-1

例

 #include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/ipc.h>
#include <string.h>

//定义一个消息类型结构体
typedef struct MyStruct
{

    long mtype;     //消息类型
    char mtext[64]; //消息正文
    char name[32];  //发送者的姓名
}MSG;

int main(int argc, char const *argv[])
{

    //获取IPC的唯一KEY值
    key_t key = ftok("/",2021);
    printf("key=%#x\n",key);

    //创建一个消息队列
    int msg_id = msgget(key, IPC_CREAT|0666);
    printf("msg_id=%d\n",msg_id);

    //接受消息
    MSG msg;
    memset(&msg, 0, sizeof(msg));
    msgrcv(msg_id, &msg, sizeof(MSG)-sizeof(long), 20, 0);
    printf("发送者：%s\n",msg.name);
    printf("消息：%s\n",msg.mtext);

    return 0;
}

6 消息队列的控制：

对消息队列进行各种控制，如修改消息队列的属性，或删除消息消息队列

 #include <sys/msg.h>
int msgctl(int msqid, int cmd, struct msqid_ds *buf);

参数：
    msqid：消息队列的标识符
    cmd：函数功能的控制
        IPC_RMID：删除由msqid指示的消息队列，将它从系统中删除并破坏相关数据结构
        IPC_STAT：将msqid相关的数据结构中各个元素的当前值存入到由buf指向的结构中
        IPC_SET：将msqid相关的数据结构中的元素设置为由buf指向的结构中的对应值
    buf：msqid_ds数据类型的地址，用来存放或更改消息队列的属性

返回值：
    成功：0
    失败：-1

7 总结

不管是发送者还是接受者都需要

1. ftok得到唯一的key
2. msgget创建消息队列

发送者：

1. MSG msg
2. msg.mtype = 接受感兴趣的类型值
3. msgsnd(msg_id, &msg, sizeof(MSG) - sizeof(long), 0) //发送消息到消息队列

接受者

1. MSG msg
2. msgrcv(msg_id, &msg, sizeof(MSG) - sizeof(long), 接受感兴趣的类型值, 0)

发送者：

接受者